针对全国主要菜区包括北方6省（市）和南方12省（市）典型商品有机肥和有机废弃物展开调查

分析我国主要菜区商品有机肥和有机废弃物的重金属、养分和盐分状况,为蔬菜高效安全施肥和菜田土壤质量改善提供一定的理论依据。

结果3个：

1) 按照我国现有的 NY525–2012 有机肥料中重金属限量标准,商品鸡粪中 Cd、Pb 和 Cr 超标率分别为 10.3%、17.2%和 17.2%,商品猪粪中 Cd 和 As 超标率分别为 20.0% 和 6.7%,其它商品有机肥中 Cr、Cd、As 和 Hg 超标率分别为 13.4%、2.4%、2.4% 和 2.4%;鸡粪中 Cd、As 和 Hg 超标率分别为 2.4%、7.1% 和 2.4%,猪粪中 Cd、Pb、As 和 Hg 超标率分别为 1.5%、3.1%、15.4% 和 1.5%,牛粪中 Cd 和 Hg 超标率分别为 1.7% 和 1.7%,羊粪中 Cd超标率为 12.5%,其他有机废弃物中 Cr 和 As 超标率分别为 4.5% 和 13.6%。现在的畜禽粪便与传统有机肥已经大不相同,尤其是鸡粪和猪粪中 Cu、Zn 含量远高于上个世纪 90 年代初,分别增加 1.5~16.2 倍和 1.3~4.7倍。

2) 商品有机肥中全氮含量、全钾含量和氮磷钾总含量较有机废弃物平均分别高出 51.2%、32.0% 和 15.0%,有机废弃物中全磷含量、有机质含量、C/N 比值和 C/P 比值较商品有机肥平均分别高出 23.7%、41.5%、22.7%和 15.2%。商品有机肥中,商品猪粪的全磷含量、有机质含量和 C/N 比值均相对较高,其它商品有机肥的全氮含量、全钾含量、氮磷钾总含量和 C/P 比值均相对较高;有机废弃物中,鸡粪和猪粪的全氮含量、全磷含量和氮磷钾总含量均相对较高,鸡粪、羊粪和其它有机废弃物的全钾含量相对较高,猪粪、牛粪和羊粪的有机质含量相对较高,牛粪的 C/N 比值相对较高,牛粪和羊粪的 C/P 比值相对较高。

3) 商品有机肥的 EC 值 (平均 23.5mS/cm,n = 126) 较有机废弃物 (平均 7.7 mS/cm,n = 255) 高出 2.1 倍。商品有机肥中其它商品有机肥的 EC 值很高,其次是商品猪粪,商品鸡粪的 EC 值相对较低;有机废弃物中鸡粪和其它有机废弃物的 EC 值相对较高,其次是羊粪,猪粪和牛粪的 EC 值相对较低。

以下为文章主体内容

?  有机肥在农产品生产中占有极其重要的地位

利用好畜禽粪便及以畜禽粪便为主要原料生产的商品有机肥,能够提高土壤肥力,实现养分的再循环,对于减少化学肥料的施用、保护生态环境、推动农业可持续发展具有十分重要的意义。

商品有机肥的原料来源广泛,主要来源于规模化畜禽场的畜禽粪便,工农业有机废弃物 (如秸秆、蘑菇渣、酒渣等),以及草 (泥) 炭、风化煤等,不可避免地含有重金属等有害物质。畜禽粪便和以畜禽粪便为主要原料生产的商品有机肥中重金属,存在着被作物吸收而进入食物链和在农业环境中积累而污染农产品和环境的风险。

弄清畜禽粪便有机肥中的重金属、养分等含量状况,是确定畜禽粪便有机肥合理用量及其与化肥配合施用比例的基础。20 世纪 90 年代初,农业部全国农业技术推广中心对全国范围内的畜禽粪便资源的重金属和养分含量状况进行了调查和分析,对指导其合理施用起到了重要作用。

本世纪10 年代中国农业科学院李书田、刘荣乐等对我国主要商品有机肥和畜禽粪便中重金属和养分含量状况进行了评价,近 5 年来一些科研工作者对特定地区商品有机肥或畜禽粪便中重金属或养分含量状况进行了调查,而目前有关我国主要菜区商品有机肥和有机废弃物中重金属、养分等含量状况方面较为系统的研究鲜见报道。2014 年国家大宗蔬菜产业技术体系开展了全国主要菜区商品有机肥和有机废弃物中重金属、养分等状况的普查工作。

商品有机肥和有机废弃物样品的采集

2014 年 1 月上旬,在全国主要菜区包括山东、河南、河北、天津、吉林、黑龙江等北方 6 省 (市)和湖北、湖南、江苏、上海、安徽、江西、广东、海南、云南、贵州、四川、重庆等南方 12 省 (市) 采取代表性商品有机肥样品 126 个和有机废弃物样品255 个。

按照生产商品有机肥的主要原料来源,将采集的商品有机肥样品分为商品鸡粪、商品猪粪、其他商品有机肥等 3 类,商品鸡粪的原料是纯鸡粪或主要原料是鸡粪,有些商品鸡粪还含有化肥、牛粪、草碳、黑藻土、木薯、花生麸、牛骨粉等中的一种或几种原料;商品猪粪的原料是纯猪粪或主要原料是猪粪,有些商品猪粪还含有化肥、鸡粪、牛粪、鸭粪、泥炭、锯末、稻壳粉、麦饭石、皮毛豆粕等中的一种或几种原料;其他商品有机肥主要原料不够明确,有些其它商品有机肥中还含有化肥、微肥、菌肥、腐殖酸、生化黄腐酸钾、粗蛋白、氨基酸、糖蜜、甜菜抽出物、淀粉糖浆、玉米胚芽、草木灰、花生麸、骨粉、油葵饼、豆粕、蹄角、烟渣、糟渣、酒糟、阿维菌素药渣、菌棒、污泥等中的一种或几种原料。

将有机废弃物样品分为鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪、其他有机废弃物等 5 类,其中其他有机废弃物样品包括鸽粪、马粪、鹿粪、兔粪、堆肥、厩肥、沼气肥、菇渣等样品。按商品有机肥和有机废弃物种类分别进行统计,商品鸡粪、商品猪粪和其他商品有机肥样品数分别为 29、15 和82 个,鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪和其它有机废弃物样品数分别为 85、65、59、24 和 22 个。样品风干粉碎后,过 1 mm 筛储存备用。

样品中重金属、养分和盐分的测定方法

样品经王水–高氯酸法消煮后,Cu、Zn、Pb、Cr 在原子吸收分光光度计上采用火焰原子光谱法测定,Cd用 ICP-MS 法测定。

样品As和Hg总量测定：样品经1+1王水(王水∶水=1∶1) 法消煮后,As 和 Hg 均在双道原子荧光光度计上测定。

分析过程中加入国家标准样品 (GBW08301 和GBW08302) 和空白对照进行质量控制,所用水为超纯水,试剂采用优级纯。

样品氮测定采用硫酸–水杨酸–催化剂消化,蒸馏法测定。样品磷钾测定采用 H₂SO₄ –H₂O₂消化,磷采用钒钼黄比色法,钾采用火焰原子光谱法测定;pH 用 2.5∶1 水样比,酸度计测定;有机质用重铬酸钾–浓硫酸氧化(外加热法) ,硫酸亚铁溶液滴定法测定;盐分采用5∶1 水样比,电导仪测定 (直接用样品浸出液的电导率来表示样品水溶性盐总量)。

商品有机肥和有机废弃物中重金属状况
评价标准

样品中重金属状况评价采用 NY525–2012 有机肥料中重金属的限量指标(mg/kg,干基):总 Cd≤3,总 Pb≤50,总 Cr≤150,总 As≤15,总 Hg≤2。样品中重金属超标率指所取样本中重金属含量超过中国 NY525-2012 有机肥料中重金属的限量指标值的样本的百分数。

数据处理

采用 Microsoft Excel 2003 统计软件进行数据分析。

商品有机肥和有机废弃物中重金属状况

环境污染方面所指的生物毒性显着的重金属主要包括Cd、Pb、Cr、As 和 Hg。

表 1表明,由于商品有机肥的原料来源较为复杂,不同种类的商品有机肥中重金属含量差异较大,从痕量到千分之几,商品鸡粪中 Cd、Pb 和 Cr 含量相对较高,Hg 相对较低;商品猪粪中 Cd 和 As 含量相对较高,Pb 和 Cr 含量相对较低;其它商品有机肥中 Hg 含量相对较高,Cd、Pb 和 As 含量相对较低。

从表 2 可以看出,不同种类的有机废弃物物中重金属含量差异较大,鸡粪和羊粪中 Cd 含量均值相对较高,较猪粪、牛粪和其它有机废弃物平均高出40.0%~128.6%;牛粪中 Hg 含量均值相对较高,较鸡粪、猪粪、羊粪和其它有机废弃物平均高出 66.7%~172.7%;其它有机废弃物中 Cr 和 As 含量均值相对较高,Cr 含量较鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪平均高出98.5%~149.5%,As 含量较鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪平均高出 43.4%~419.0%。

不同种类的商品有机肥中 Cu 和 Zn含量差异较大 (表 1),Cu 和 Zn 含量以商品猪粪较高,商品鸡粪次之,其它商品有机肥较低,商品猪粪中 Cu 含量较商品鸡粪和其它商品有机肥平均分别高 75.8% 和 175.9%,商品猪粪中 Zn 含量较商品鸡粪和其它商品有机肥平均分别高 14.9% 和 78.4%。

不同种类的有机废弃物中 Cu 和 Zn 含量差异很大 (表 2),Cu 和 Zn 含量以猪粪较高,鸡粪次之,牛粪、羊粪和其它有机废弃物较低,猪粪中 Cu 含量较鸡粪、牛粪、羊粪和其它有机废弃物平均分别高出3.9、8.0、9.4 和 5.9 倍,猪粪中 Zn 含量较鸡粪、牛粪、羊粪和其它有机废弃物平均分别高出 1.1、4.2、4.7 和 3.0 倍。

商品有机肥中 Pb 含量大幅高于有机废弃物,Cr 含量远高于有机废弃物,Pb 和 Cr 含量平均分别为 34.3和 165.2 mg/kg (n = 126),较有机废弃物平均分别高出 97.1% 和 10.4 倍;有机废弃物中 Cu 和 Zn 含量均大幅高于商品有机肥,Cu 和 Zn 含量平均分别为239.3 和 387.6 mg/kg (n = 255),较商品有机肥平均分别高出 95.8% 和 48.7%;商品有机肥和有机废弃物中 Cd、As 和 Hg 含量均值差异均较小。

按照我国现有的 NY525–2012 有机肥料中重金属限量标准,在采取的 126 个商品有机肥中,有 8个样品 Cd 超标,5 个样品 Pb 超标,16 个样品 Cr 超标,3 个样品 As 超标,2 个样品 Hg 超标,Cd、Pb、Cr、As 和 Hg 超标率分别为 6.3%、4.0%、12.7%、2.4% 和 1.6%;在采取的 255 个有机废弃物中,有 7个样品 Cd 超标,2 个样品 Pb 超标,1 个样品 Cr 超标,19 个样品 As 超标,4 个样品 Hg 超标,Cd、Pb、Cr、As 和 Hg 超标率分别为 2.7%、0.8%、0.4%、7.5% 和 1.6%。

商品有机肥和有机废弃物中养分状况

由表 3 可以看出,不同种类的商品有机肥中氮磷钾和有机质含量差异较大。

由表 4 可以看出,不同种类的有机废弃物中氮磷钾和有机质含量存在较大差异。

商品有机肥中全氮含量、全钾含量和养分总含量均高于有机废弃物,全氮含量、全钾含量和养分总含量平均分别为 31.0、23.9 和 79.8 g/kg (n = 126),较有机废弃物平均分别高出 51.2%、32.0% 和15.0%;有机废弃物中全磷含量、有机质含量、C/N比值和 C/P 比值均高于商品有机肥,全磷含量、有机质含量、C/N 比值和 C/P 比值平均分别为 30.8 g/kg、49.4%、17.3 和 37.9 (n = 255),较商品有机肥平均分别高出 23.7%、41.5%、22.7% 和 15.2%。

表 3和表 4 显示,商品有机肥的 pH 值 (平均 6.8,n = 126)低于有机废弃物 (平均 7.4,n = 255)。商品有机肥中商品鸡粪的 pH 值 (平均 7.4) 高于商品猪粪和其他商品有机肥 (平均分别为 6.7 和 6.6)。

有机废弃物中羊粪的 pH 值相对较高,平均为 7.9;鸡粪、猪粪、牛粪和其他有机废弃物的 pH 值均值在 7.3~7.5 之间。

商品有机肥和有机废弃物中盐分状况

由表3 和表4 可见,商品有机肥的 EC 值 (平均23.5 mS/cm,n = 126) 远高于有机废弃物 (平均 7.7mS/cm,n = 255)。商品有机肥中,其它商品有机肥的 EC 值很高,其次是商品猪粪,商品鸡粪的 EC 值相对较低,其它商品有机肥的 EC 值 (平均 28.6mS/cm) 较商品猪粪和商品鸡粪平均分别高出 60.6%和 1.3 倍。

有机废弃物中,鸡粪和其它有机废弃物的EC 值相对较高 (平均 9.4~9.7 mS/cm),其次是羊粪,猪粪和牛粪的 EC 值相对较低,鸡粪和其它有机废弃物的 EC 值较羊粪、猪粪和牛粪平均分别高出19.0%~22.8%、44.6%~49.2% 和 59.3%~64.4%。

商品有机肥和畜禽粪便中重金属含量差异

商品鸡粪或商品猪粪的主要原料是鸡粪或猪粪,还含有化肥、其他畜禽粪便、工农业有机废弃物 (如秸秆、蘑菇渣、酒渣等),以及草 (泥) 碳等中的一种或几种原料;其他商品有机肥主要原料不够明确,来源更为复杂。

刘荣乐等调查分析发现,商品有机肥中重金属含量与生产原料中重金属含量呈显着正相关。谭晓冬等调查指出,重金属 Cd 含量以畜禽粪便为原料生产的商品有机肥高。程旭艳等研究显示,以猪粪为主要生产原料的商品有机肥中重金属均值最高。

商品有机肥大多是经过简单的发酵、脱水、包装就出售了,没有对重金属进行钝化或者去除的过程。商品有机肥,特别是商品鸡粪和猪粪 Cd、Pb、Cr 含量显着高于未经商品化的鸡粪和猪粪,说明商品化后,重金属在一定程度上积累,增加了环境风险。

随着规模化、集约化畜牧业的发展，各种微量元素添加剂的使用也越来越广泛。为了防治畜禽疾病、促进畜禽生长和提高饲料利用率,在配合饲料中添加铜、锌、砷等重金属元素在世界各国较为普遍,畜禽饲料添加高剂量的微量元素以及畜禽对微量重金属元素低吸收利用率是造成畜禽粪便中重金属含量超标或明显增加的重要原因。

另外,商品有机肥中的重金属含量还可能受所加入的粘结剂、无机肥料等物料的影响,须控制这些物料中重金属含量和选择重金属含量低的物料。

畜禽粪便中 Cu 和 Zn 含量变化

我国菜田尤其是设施菜田土壤总 Cu 和总 Zn 含量呈明显积累的趋势,长期施用畜禽粪便有机肥会在土壤中积累而具有超过土壤环境质量标准中 Cu 和 Zn 限量的风险。菜田尤其是设施菜田土壤总 Cu 和总 Zn 积累与当前畜禽粪便中 Cu 和 Zn 含量大幅增加有关。

从表 5 可以看到,现在的畜禽粪便与传统有机肥已经大不相同,尤其是鸡粪和猪粪中 Cu、Zn 含量远高于20 世纪 90 年代初。与 20 世纪 90 年代初和 2005 年结果相比,当前鸡粪中 Cu 含量分别增加 1.5 倍和45.0%,Zn 含量分别增加 1.3 倍和 18.5%;当前猪粪中 Cu 含量分别增加 16.2 倍和 42.7%,Zn 含量分别增加 4.7 倍和 19.7%;当前牛粪中 Cu 含量分别增加1.7 倍和 54.8%,Zn 含量分别增加 51.9% 和 0.3%;当前羊粪中 Cu 含量分别增加 40.4% 和 1.2 倍,Zn 含量分别增加 23.7% 和 10.8%。

因此,开展商品有机肥和有机废弃物中 Cu 和 Zn 限量标准的研究和制定,对规范和指导商品有机肥的安全生产,对发展无公害食品和绿色食品生产至关重要,是保障从农田到餐桌的全过程监控的技术保障。

不同商品有机肥和畜禽粪便中
养分和有机质含量差异

本研究表明,不同种类的有机废弃物中有机质含量存在较大差异,牛粪、羊粪和猪粪中有机质含量相对较高,在 54.4%~57.4% 之间,较鸡粪和其他有机废弃物平均分别高出 29.2%~36.3% 和 49.0%~57.3%;牛粪中 C/N 比值相对较高,较猪粪、鸡粪、羊粪和其它有机废弃物平均分别高出 56.6%、1.2倍、27.0% 和 12.7%。

目前我国菜田一般施用的有机肥以鸡粪、猪粪为主,此类肥料含速效性养分多,纤维素较少,分解速度快,对土壤腐殖质形成贡献有限。蔬菜种植过程中大量施用化肥和不合理施用有机肥,从而导致我国主要菜区土壤有机质含量普遍较低,土壤 C/N 比下降,土壤环境恶化。

商品有机肥和有机废弃物的重金属、养分和盐分含量特点要求在施用时注意选择合适的种类及其含量状况，安全合理地施用，避免过高投入某一种养分或过多带入某一种重金属元素，造成养分失衡及环境和农产品污染。

因此,有必要开展商品有机肥和有机废弃物高效安全施用和长期监测方面的研究,包括养分释放和重金属积累特点、安全用量与土壤年承载量,以及替代化肥的模式和比例,从而为商品有机肥和有机废弃物的科学施用和无公害食品生产提供依据。

致谢:商品有机肥和有机废弃物样品采取由国家大宗蔬菜产业技术体系各综合试验站站长负责,其他岗位专家参与并给予了指导,在此一并感谢。